I2C總線上的上拉電阻的解析

首先我們來(lái)聊聊，為啥I2C總線的SCL,SDA需要接上拉電阻？這個(gè)電阻有啥作用？選多大的電阻合適？

1）上拉電阻的作用

我們看I2C的內(nèi)部框架可以知道，I2C是開(kāi)漏輸出的，I2C總線協(xié)議支持多主多從，若不是開(kāi)漏輸出的話(huà)，可能會(huì)出現(xiàn)別的問(wèn)題，比如若使用推挽輸出，會(huì)出現(xiàn)主設(shè)備之間短路的情況，所以一般總線會(huì)用開(kāi)漏輸出。開(kāi)漏輸出的話(huà)，若想實(shí)現(xiàn)輸出高電平，就必須接上拉電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)上拉電阻接到電源，可實(shí)現(xiàn)"線與"功能，且總線空閑時(shí)，SCL,SDA這兩條線可以高電平。電路大概如下：

2）阻值的選擇

我們都知道一般IO口的驅(qū)動(dòng)能力一般在2mA~4mA左右，若阻值太小，電源VCC灌入端口的電流較大，功耗會(huì)較大，導(dǎo)致端口輸出的低電平值增大;而實(shí)際I2C協(xié)議規(guī)定，端口輸出的低電平不能大于0.4V。若VCC=3.3V，灌入電流約3mA左右時(shí)，上拉電阻要選擇≥1KΩ的電阻。但是阻值不能選太大，若電阻過(guò)大，可能導(dǎo)致RC延時(shí)增大，波形會(huì)偏離方波，甚至?xí)蛘也ǎ瑪?shù)據(jù)讀寫(xiě)可能會(huì)不正確，且會(huì)影響讀寫(xiě)的速度。一般上拉電阻選用1.5K~4.7K。

3）I2C總線負(fù)載電容

I2C總線協(xié)議規(guī)定負(fù)載電容不能超過(guò)400pF;當(dāng)I2C總線上器件增多時(shí)，總線的負(fù)載電容也會(huì)越來(lái)越大，，當(dāng)總線的負(fù)載電容超過(guò)400pf時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)工作異常。

I2C總線工作的基本原理：當(dāng)總線空閑時(shí)兩根線均為高電平，假設(shè)主設(shè)備B需要啟動(dòng)I2C，它需要在SCL為高電平時(shí)，將SDA由高轉(zhuǎn)低時(shí)作為啟動(dòng)信號(hào)，主設(shè)備B拉高SDA后需要檢查下SDA電平，因線與，可能有其他設(shè)備拉低SDA，說(shuō)明有其他設(shè)備搶占總線比它早，主設(shè)備B只能放棄使用總線，若SDA為高電平，說(shuō)明主設(shè)備B可以使用總線，可以將SDA拉低來(lái)進(jìn)行通信。